DE102016204260A1

DE102016204260A1 - Nachweisverfahren für eine elektrische Festigkeit

Info

Publication number: DE102016204260A1
Application number: DE102016204260.2A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Lutz; Karsten Juhre; Caroline Orth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-09-21

Abstract

Eine elektrisch isolierende Fluidisolation (3) weist eine erste Fluidkomponente (1) sowie eine zweite Fluidkomponente (2) auf. Die Durchschlagsfestigkeit der ersten Fluidkomponente (1) ist dabei höher als die Durchschlagsfestigkeit der zweiten Fluidkomponente (2). Nach Festlegung einer elektrischen Bemessungsdurchschlagsfestigkeit (EOP) wird die elektrische Durchschlagsfestigkeit der zweiten Fluidkomponente (2) ins Verhältnis zur elektrischen Bemessungsdurchschlagsfestigkeit (EOP) gesetzt. Das so ermittelte Verhältnis wird zur Vervielfachung der Prüfspannung für die elektrisch isolierende Fluidisolation (3) genutzt. Die sich so ergebende vervielfachte Prüfgröße wird zur Prüfung der zweiten Fluidkomponente (2) genutzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Nachweisverfahren für eine elektrische Festigkeit einer elektrisch isolierenden Fluidisolation, welche eine erste Fluidkomponente höherer elektrischer Durchschlagsfestigkeit und eine zweite Fluidkomponente geringerer elektrischer Durchschlagsfestigkeit aufweist.
Es ist bekannt, elektrische Einrichtungen vor einer Verwendung einer Überprüfung zu unterziehen. Beispielsweise ist ein Nachweis der Isolationsfestigkeit einer elektrisch isolierenden Fluidisolation von Interesse. Insbesondere im Elektroenergieübertragungssektor werden Elektroenergieübertragungseinrichtungen mit hohen Spannungen beaufschlagt. Bereits geringe Abweichungen bei der Fertigung von Elektroenergieübertragungseinrichtungen können die Isolationsfestigkeit nachteilig beeinflussen. So wird ein entsprechend hoher Aufwand betrieben, um den Nachweis der elektrischen Festigkeit derartiger Fluidisolationen zu führen. Aufgrund von hohen Spannungen ist das dafür einzusetzende Prüfequipment kostenintensiv und großvolumig.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Nachweisverfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches kostengünstiger und rascher durchführbar ist.
Erfindungsgemäß wird bei einem Nachweisverfahren der eingangs genannten Art die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine elektrische Bemessungsdurchschlagsfestigkeit festgelegt wird, dass die elektrische Durchschlagsfestigkeit der zweiten Fluidkomponente ins Verhältnis zur elektrischen Bemessungsdurchschlagsfestigkeit gesetzt wird, dass das ermittelte Verhältnis mit einer vorgesehenen Prüfgröße, insbesondere einer Prüfspannung der elektrisch isolierenden Fluidisolation vervielfacht wird und dass die zweite Fluidkomponente, zu Prüfzwecken, mit der vervielfachten Prüfgröße, insbesondere einer vervielfachten Prüfspannung beaufschlagt wird.
Eine elektrisch isolierende Fluidisolation kann beispielsweise ein Volumen aufweisen, wobei zur Aufrechterhaltung bzw. Eingrenzung des Volumens ein entsprechendes Gehäuse genutzt werden kann.
Das Volumen des elektrisch isolierenden Fluides weist eine bestimmte elektrische Festigkeit auf, um eine Isolationsbarriere darzustellen. Die elektrisch isolierende Fluidisolation kann beispielsweise gasförmig oder flüssig oder auch in einer Mischung in Gasform und Flüssigkeit vorliegen. Die Fluidisolation kann Elektroden anfluten und umfluten, welche unterschiedliche elektrische Potentiale führen. Als elektrisch isolierende Fluide eignen sich elektronegative Stoffe, beispielsweise fluorhaltige Stoffe wie Schwefelhexafluorid, Fluornitril oder Fluorketon oder andere elektronegative Stoffe wie Kohlendioxid, Stickstoff usw. Insbesondere in einer flüssigen Form können Isolieröle oder Isolierester in fluider Form Verwendung finden. Diese Fluide können beispielsweise als erste und zweite Fluidkomponente verwendet werden.
Die elektrisch isolierende Fluidisolation weist dabei zumindest eine erste Fluidkomponente sowie eine zweite Fluidkomponente auf. Eine Fluidkomponente kann verschiedene Verbindungen bzw. Moleküle bzw. verschiedene Stoffe aufweisen. Bevorzugt kann das elektrisch isolierende Fluid zu wesentlichen Teilen durch die erste sowie die zweite Fluidkomponente gebildet sein. Darüber hinaus können jedoch auch noch weitere Fluidkomponenten eingesetzt werden, welche jedoch die Struktur des elektrisch isolierenden Fluides nur unwesentlich beeinflussen. Beispielsweise können Stabilisatoren, Indikatoren oder ähnliches ergänzend zur ersten und zweiten Fluidkomponente eingesetzt werden. Die erste Fluidkomponente sowie die zweite Fluidkomponente sind jeweils für sich genommen elektrisch isolierend wirksam. Dabei weichen die Durchschlagsfestigkeiten der beiden Fluidkomponenten voneinander ab. Die erste Fluidkomponente weist eine gegenüber der zweiten Fluidkomponente höhere elektrische Durchschlagsfestigkeit auf und die zweite Fluidkomponente weist gegenüber der ersten Fluidkomponente eine geringere elektrische Durchschlagsfestigkeit auf. Die elektrische Durchschlagsfestigkeit ist ein Maß für das Haltevermögen einer elektrischen Spannung bezogen auf eine Wegstrecke (z. B. zwischen zwei Elektroden). Entsprechend wird die elektrische Durchschlagsfestigkeit typischerweise in Volt pro Millimeter angegeben. Als zweite Fluidkomponente geringerer elektrischer Durchschlagsfestigkeit kann beispielsweise eine ungiftige Fluidkomponente und/oder eine Fluidkomponente mit einem geringen GWP-Beitrag (Global Warning Potential) ausgewählt werden. Beispielsweise kann die zweite Fluidkomponente im Wesentlichen stickstoffbasiert sein. Insbesondere kann die zweite Fluidkomponente auf Basis von atmosphärischer Luft, insbesondere gereinigter atmosphärischer Luft ausgebildet sein. Vorteilhaft ist die zweite Fluidkomponente inert und ungiftig. Die erste Fluidkomponente mit höherer elektrischer Durchschlagsfestigkeit kann beispielsweise ein fluorhaltiger Stoff bzw. eine fluorhaltige Stoffverbindung sein. Fluorhaltige Fluide sind beispielsweise Schwefelhexafluorid, Fluorketone bzw. Fluornitrile usw. Fluorhaltige Fluidkomponenten sind besonders geeignet, um Entladungserscheinungen wie Lichtbögen und Teilentladungen zu löschen bzw. zu unterdrücken.
Mit dem Festlegen einer elektrischen Bemessungsdurchschlagsfestigkeit wird eine Normierung der elektrischen Festigkeit des elektrisch isolierenden Fluides vorgenommen. Durch die Verwendung einer Fluidisolation mit Fluidkomponenten unterschiedlicher Durchschlagsfestigkeit kann eine Fluidkomponente beispielsweise als Trägerkomponente dienen, wohingegen die andere Fluidkomponente einer Beeinflussung (insbesondere Verbesserung) der Isolationseigenschaften dient. Bevorzugt sollte als Trägerkomponente die zweite Fluidkomponente geringerer Durchschlagsfestigkeit verwendet werden, wohingegen die erste Fluidkomponente der Verbesserung der elektrischen Durchschlagsfestigkeit der Fluidisolation dient. Als solches dürfte üblicherweise eine resultierende elektrische Durchschlagsfestigkeit einer zwei Fluidkomponenten unterschiedlicher elektrischer Durchschlagsfestigkeit aufweisenden Fluidisolation schlechter sein als die elektrische Durchschlagsfestigkeit der Fluidkomponente höherer elektrischer Durchschlagsfestigkeit, aber besser als die elektrische Durchschlagsfestigkeit der zweiten Fluidkomponente geringerer elektrischer Durchschlagsfestigkeit.
Durch das Festlegen einer Bemessungsdurchschlagsfestigkeit wird eine Normierung der Durchschlagsfestigkeiten vorgenommen. Die Bemessungsdurchschlagsfestigkeit ist diejenige Durchschlagsfestigkeit, welche die elektrisch isolierende Fluidisolation zumindest aufzuweisen hat. Je nach Ausgestaltung der Fluidisolation und der räumlichen Ausdehnung kann die Bemessungsdurchschlagsfestigkeit variieren. Beispielsweise kann je nach verwendeten Materialien beispielsweise für ein Gehäuse oder nach Formgebung von Phasenleitern die unter Spannung zu setzen sind und mittels der elektrischen Isolation zu isolieren sind, die Bemessungsdurchschlagsspannung variieren. Beispielsweise können bei geometrisch ungünstigen Gestaltungen (z. B. Spitze-Platte-Anordnung) höhere Bemessungsdurchschlagsfestigkeiten gefordert werden als bei dielektrisch günstigen Gestaltungen (z. B. Platte-Platte-Anordnung).
In einem weiteren Schritt wird nunmehr die festgelegte Bemessungsdurchschlagsfestigkeit bzw. die nachzuweisende Durchschlagsfestigkeit der Fluidisolation ins Verhältnis zur Durchschlagsfestigkeit der zweiten Fluidkomponente gesetzt. Entsprechend ergibt sich ein Verhältnis, welches im Regelfalle einen Betrag kleiner 1 aufweist. Aufgrund der Quotientenbildung zweier Durchschlagsfestigkeiten ergibt sich ein dimensionsloser Faktor f. Das ermittelte Verhältnis kann nunmehr mit der vorgesehenen Prüfgröße die dem Nachweis der elektrischen Festigkeit der elektrisch isolierenden Fluidisolation dient, multipliziert werden. Die Prüfgröße kann eine physikalische Größe sein, welche bei einem Nutzen der elektrisch isolierenden Fluidisolation auf diese Fluidisolation einwirkt. Beispielsweise kann es sich um eine energetische Einwirkung, z. B. Temperatur, Wärmestrahlung, radioaktive Strahlung usw. handeln. Insbesondere kann es sich bei der vorgegebenen Prüfgröße um eine Prüfspannung handeln, wobei die elektrische Fluidisolation einer Prüfspannung zu widerstehen hat. Die Prüfspannung kann beispielsweise die Bemessungsspannung sein, welcher die elektrisch isolierende Fluidisolation unter Betriebsbedingungen ausgesetzt ist. Die Prüfspannung kann auch ein Vielfaches der Spannung betragen, welcher die elektrisch isolierende Fluidisolation im Betriebsfall ausgesetzt ist. Durch die Nutzung des Verhältnisses f kann eine Umrechnung der Prüfgröße bzw. der Prüfspannung der elektrisch isolierenden Fluidisolation erfolgen. Damit besteht nunmehr die Möglichkeit, lediglich die zweite Fluidkomponente mit der vervielfachten Prüfgröße/vervielfachter Prüfspannung zu beaufschlagen. Dabei repräsentiert die Prüfung der zweiten Fluidkomponente mit vervielfachter Prüfgröße einen Nachweis der Spannungsfestigkeit der elektrisch isolierenden Fluidisolation. Bei einem Verhältnis von f < 1 kann so die Prüfspannung bzw. die Prüfgröße gegenüber einer „regulären“ Prüfung der elektrisch isolierenden Fluidisolation reduziert werden. Entsprechend kann der Prüfaufwand reduziert und kostengünstiger gestaltet werden.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die zweite Fluidkomponente ein Volumen zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode füllt und die Prüfgröße, insbesondere die Prüfspannung zwischen den Elektroden angelegt wird.
Die elektrisch isolierende Fluidisolation ist im Regelfalle zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordnet, wobei die Wegstrecke zwischen den Elektroden durch die Fluidisolation elektrisch isoliert wird. Während der Durchführung des Nachweisverfahrens kann die Wegstrecke zwischen der ersten sowie der zweiten Elektrode mit der zweiten Fluidkomponente befüllt sein, wobei die Elektroden mit der Prüfgröße, insbesondere der vervielfachten Prüfspannung beaufschlagt werden. Als Elektroden können beispielsweise Gehäuse sowie Phasenleiter verwendet werden, wobei das Gehäuse einem Einkapseln eines Fluides, hier der zweiten Fluidkomponente oder im Betriebsfalle der elektrisch isolierenden Fluidisolation, dienen kann. Die zweite Elektrode kann durch den Phasenleiter gebildet sein. Insbesondere kann der Phasenleiter zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Der Phasenleiter kann dabei von einer der elektrisch isolierenden Fluidkomponenten bzw. der Fluidisolation umspült werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Durchschlagsfestigkeiten auf einen im Wesentlichen gleichen Druck bezogen bzw. auf im Wesentlichen gleiche Druckverhältnisse normiert sind.
Die Bemessungsdurchschlagsfestigkeit kann unter Angabe eines Druckes bzw. bei einem zugehörigen Druck festgelegt sein. Je nach Änderung einer Druckbeaufschlagung eines Fluides kann ein Reduzieren bzw. ein Erhöhen der elektrischen Durchschlagsfestigkeit der Fluidisolation erfolgen. Durch ein Verwenden des gleichen Druckes bzw. ein Beziehen der Durchschlagsfestigkeiten auf einem bestimmten Druck kann sichergestellt werden, dass vereinfachte Nachweisverfahren verwendet werden können, um die elektrische Festigkeit der elektrisch isolierenden Fluidisolation abzubilden. Die Durchschlagsfestigkeit kann beispielsweise bei Vorliegen verschiedener Drücke bzw. beim Durchführen einer Prüfung mit abweichenden Drücken auch auf einen Standarddruck umgerechnet werden.
Bevorzugt sollten die Durchschlagsfestigkeiten, wie z. B. die Bemessungsdurchschlagsfestigkeit, die elektrische Durchschlagsfestigkeit der ersten Fluidkomponente, die elektrische Durchschlagsfestigkeit der zweiten Fluidkomponente sowie die resultierende Durchschlagsfestigkeit der elektrisch isolierenden Fluidisolation unter Nutzung des gleichen Druckes bzw. des im Wesentlichen gleichen Druckes geprüft werden.
Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Druck dem Betriebsdruck der Fluidisolation entspricht.
Die zu überprüfende elektrisch isolierende Fluidisolation wird beispielsweise in einer Elektroenergieübertragungseinrichtung eingesetzt, wobei unter den Betriebsbedingungen ein Betriebsdruck auf der Fluidisolation lastet. Bevorzugt kann der Druck, unter welchem die Durchschlagsfestigkeiten relativ zueinander ins Verhältnis gesetzt werden bzw. die Bemessungsdurchschlagsfestigkeit bestimmt ist, dem Betriebsdruck der Fluidisolation entsprechen. Die Fluidisolation kann dabei weiterhin ein Gehäuse aufweisen, um die Fluidisolation räumlich zu begrenzen und ein Verflüchtigen des elektrisch isolierenden Fluides zu verhindern. Die Fluidisolation dient dabei einer elektrischen Isolation eines Phasenleiters, welcher von der Fluidisolation umspült ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass bei einer Variation des Mischungsverhältnisses von erster und zweiter Fluidkomponente in der Fluidisolation das Mischungsverhältnis bei Erreichen der elektrischen Bemessungsdurchschlagsfestigkeit der Fluidisolation als Betriebsmischungsverhältnis festgelegt wird.
Die elektrisch isolierende Fluidisolation weist die erste sowie die zweite Fluidkomponente auf. Die beiden Fluidkomponenten weisen unterschiedliche Durchschlagsfestigkeiten auf. Mit einer Variation der Anteile der beiden Fluidkomponenten an der elektrisch isolierenden Fluidisolation stellt sich eine resultierende Durchschlagsfestigkeit ein. Diese Durchschlagsfestigkeit erstreckt sich dabei von einem Minimum der Durchschlagsfestigkeit der elektrisch isolierenden Fluidisolation bis zu einem Maximum der elektrisch isolierenden Durchschlagsfestigkeit der Fluidisolation. Ein Minimum der Durchschlagsfestigkeit der elektrisch isolierenden Fluidisolation ist erreicht, wenn die zweite Fluidkomponente nahezu vollständig die elektrisch isolierende Fluidisolation bildet. Ein Maximum der Durchschlagsfestigkeit der elektrisch isolierenden Fluidisolation ist gegeben, wenn die erste Fluidkomponente nahezu vollständig die elektrisch isolierende Fluidisolation bildet. In den dazwischen liegenden Mischungsverhältnissen stellt sich eine resultierende elektrische Durchschlagsfestigkeit ein. Dabei sollte die Bemessungsdurchschlagsfestigkeit einen Wert aufweisen, welcher zwischen der minimalen und der maximalen Durchschlagsfestigkeit der elektrischen Fluidisolation in Abhängigkeit des Mischungsverhältnisses der beiden Fluidkomponenten liegt. Dadurch stellt sich bei einer bestimmten vorgegebenen elektrischen Bemessungsdurchschlagsfestigkeit (bei gleichbleibendem Druck, z. B. Betriebsdruck) ein bestimmtes Mischungsverhältnis von erster zu zweiter Fluidkomponente ein. Dieses Mischungsverhältnis ist somit die minimale Anforderung, welche die elektrisch isolierende Fluidisolation erfüllen soll. Somit ist ein Punkt getroffen, in welchem die zweite Fluidkomponente mit einem Höchstmaß vertreten ist und lediglich ein geringstmöglicher Anteil der ersten Fluidkomponente in der elektrisch isolierenden Fluidisolation vorliegt, um eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit der elektrisch isolierenden Fluidisolation zu gewährleisten. Um eine zusätzliche Sicherheitsreserve bei dem Nachweis einzuplanen, kann auch vorgesehen sein, dass die Bemessungsdurchschlagsfestigkeit erhöht wird. Entsprechend wird sich daraus das Mischungsverhältnis der beiden Fluidkomponenten in dem elektrisch isolierenden Fluid verändern (bei gleichbleibendem Druck). Im Regelfalle wird der Anteil der zweiten Fluidkomponenten reduziert, wohingegen der Anteil der ersten Fluidkomponente zu erhöhen ist (bei gleichbleibendem Druck).
Eine Variation des Mischungsverhältnisses sollte bevorzugt unter einem gleichbleibenden Druck stattfinden wie der Druck bei der Bestimmung der Bemessungsdurchschlagsfestigkeit sowie der Durchschlagsfestigkeiten der ersten sowie der zweiten Fluidkomponente sowie die resultierende Durchschlagsfestigkeit der elektrisch isolierenden Fluidisolation. Bedarfsweise kann auch eine Umrechnung bzw. Normierung auf einem Normdruck, beispielsweise dem Betriebsdruck der Fluidisolation vorgenommen werden. Mit einer Variation des Mischungsverhältnisses können sich auch weitere physikalische Eigenschaften ändern. So kann z. B. die sich einstellende Siedetemperatur je nach Mischungsverhältnis variieren.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass mittels des Nachweisverfahrens die Isolationsfestigkeit der Fluidisolation nachgewiesen wird.
Eine Fluidisolation weist elektrisch isolierende Eigenschaften auf und ist geeignet, elektrische Potentiale voneinander zu separieren. Dazu muss eine bestimmte Wegstrecke bei bestimmter geometrischer Ausdehnung mit der Fluidisolation befüllt und die elektrischen Potentiale voneinander getrennt werden. Dabei kann die Wegstrecke beispielsweise durch ein Gehäuse, welches z. B. Erdpotential führt, sowie durch einen Phasenleiter, welcher der Übertragung eines elektrischen Stromes dient, bestimmt sein. Mittels des Nachweisverfahrens kann durch Anlegen einer vervielfachten Spannung an die zweite Fluidkomponente der Fluidisolation unter Nutzung des ermittelten Verhältnisses (bei gleichbleibendem Druck) die Spannungsfestigkeit der Fluidisolation nachgewiesen werden. Bei einem Ausbleiben von Durchschlägen und/oder Teilentladungen in der zweiten Fluidkomponente ist dies ein Nachweis der Isolationsfestigkeit der elektrisch isolierenden Fluidisolation. Auch diese Prüfung sollte unter der gleichen Druckbeaufschlagung der zweiten Fluidkomponente stattfinden wie die Angabe der elektrischen Bemessungsdurchschlagsfestigkeit der ersten Fluidkomponente, der zweiten Fluidkomponenten sowie die resultierende Durchschlagsfestigkeit der elektrisch isolierenden Fluidisolation.
Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mittels des Nachweisverfahrens die elektrische Teilentladungsfestigkeit der Fluidisolation nachgewiesen wird.
Neben einem Durchschlagen einer Fluidisolation bzw. einer Fluidkomponente unter dem Einfluss einer (vervielfachten) Prüfspannung können innerhalb der elektrisch isolierenden Isolation auch sogenannte Teilentladungen entstehen. Durch mögliche Defekte, beispielsweise wandernde metallische Partikel innerhalb der Fluidisolation bzw. gelösten Bauteilen, welche ein undefiniertes elektrisches Potential (floating potential) annehmen und das elektrische Feld innerhalb der Fluidisolation bzw. der Fluidkomponenten beeinflussen, können Teilentladungen ausgelöst werden. Teilentladungen sind Entladungen innerhalb einer elektrischen Isolation, wobei deren Energie nicht ausreicht, einen Durchschlagskanal zu bilden. Das Auftreten von Teilentladungen ist oftmals ein erstes Indiz für ein bevorstehendes Durchschlagen, d. h. für ein Ausbilden eines Durchschlagskanals durch eine elektrische Isolation hindurch. Entsprechend kann hier ein Nachweis der Teilentladungsfestigkeit der Fluidisolation mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommen werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des Nachweisverfahrens anzugeben.
Eine Vorrichtung ist derart eingerichtet, dass die Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Nachweisverfahrens ausgelegt ist.
Die Vorrichtung kann beispielsweise einen Generator für die vorgesehene Prüfgröße, beispielsweise einen Spannungsgenerator, sowie eine Regeleinrichtung für die Prüfgröße, beispielsweise eine Regeleinrichtung für die vom Generator abgegebene Prüfspannung, aufweisen. Des Weiteren kann eine Kontaktierungsvorrichtung an der Vorrichtung vorgesehen sein, die einem Aufprägen der vorgesehenen Prüfgröße, insbesondere der Prüfspannung auf die Elektroden, beispielsweise einem Phasenleiter sowie einer Gehäusebaugruppe dient.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass eine Isolationsanordnung nach dem vorstehenden Verfahren geprüft ist.
Eine Isolationsanordnung kann beispielsweise eine Elektroenergieübertragungseinrichtung sein, welche einen Phasenleiter aufweist. Der Phasenleiter ist zur elektrischen Isolation von einer elektrisch isolierenden Fluidisolation umspült. Der Phasenleiter seinerseits kann relativ zu einer Elektrode, beispielsweise einem Gehäuse, positioniert sein. Eine freie Wegstrecke zwischen der Elektrode sowie dem Phasenleiter kann von der elektrisch isolierenden Fluidisolation durchflutet sein. Bevorzugt kann die Elektrode beispielsweise in Form eines Gehäuses ausgebildet sein, welches den Phasenleiter zumindest teilweise umgibt. Bevorzugt kann das Gehäuse als hermetisch abschließendes Kapselungsgehäuse ausgebildet sein, so dass im Innern des Kapselungsgehäuses die elektrisch isolierende Fluidisolation eingeschlossen sein kann. Dies ermöglicht weiterhin das Gehäuse als Druckbehälter auszubilden, so dass die elektrisch isolierende Fluidisolation unter Überdruck gesetzt werden kann. Bei einem Druckbeaufschlagen der Fluidisolation kann die Durchschlagsfestigkeit derselben zusätzlich erhöht werden. Gegebenenfalls kann bei einer weiteren Druckerhöhung jedoch ein Reduzieren der Durchschlagsfestigkeit auftreten.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Dabei zeigt die
1 ein Diagramm der elektrischen Durchschlagsfestigkeit über dem Druck, die
2 ein Diagramm der elektrischen Durchschlagsfestigkeit über dem Mischungsverhältnis einer elektrisch isolierenden Fluidisolation aufweisend zwei Fluidkomponenten, die
3 eine zu prüfende Isolationsanordnung unter Betriebsbedingung, die
4 eine zu prüfende Isolationsanordnung unter Nutzung des erfindungsgenmäßen Nachweisverfahrens sowie die
5 eine Vorrichtung zum Durchführen des Nachweisverfahrens.
Die 1 zeigt ein Diagramm, wobei die elektrische Durchschlagsfestigkeit E über dem Druck p aufgetragen ist. Die bevorzugte physikalische Einheit für die Bestimmung der elektrischen Durchschlagsfestigkeit E ist in elektrischer Potentialdifferenz pro Wegstrecke zu messen. Somit ergibt sich eine bevorzugte Dimension von Kilovolt je Millimeter. Der Druck p wird bevorzugt in Megapascal gemessen. In dem Koordinatensystem der 1 ist auf der Abszisse der Druck p und auf der Ordinate die Durchschlagsfestigkeit E dargestellt. Dabei ist der Verlauf der Durchschlagsfestigkeit E in Abhängigkeit der Änderung des Druckes p für eine erste Fluidkomponente 1 sowie eine zweite Fluidkomponente 2 dargestellt. Mit zunehmendem Druck p erhöht sich die Durchschlagsfestigkeit E sowohl der ersten Fluidkomponente 1 als auch der zweiten Fluidkomponente 2. Dabei ist zu erkennen, dass mit zunehmendem Druck p die Durchschlagsfestigkeit der ersten Fluidkomponente 1 stärker steigt als die Durchschlagsfestigkeit der zweiten Fluidkomponente 2. Dabei ist mit zunehmendem Betrag des Druckes p die Durchschlagsfestigkeit der ersten Fluidkomponente 1 jeweils größer als die Durchschlagsfestigkeit der zweiten Fluidkomponente 2. Ein Betriebsdruck p_OP kann festgelegt werden. Der Betriebsdruck p_OP wird im Regelfalle durch die Einsatzrahmenbedingung der elektrisch isolierenden Fluidisolation, welche die erste Fluidkomponente 1 sowie die Fluidkomponente 2 aufweist, bestimmt. Beispielsweise kann eine Vorrichtung eine elektrisch isolierende Fluidisolation aufweisen, welche innerhalb eines druckfesten Behälters hermetisch eingeschlossen ist, wobei die Fluidisolation im Innern des druckfesten Behälters unter Überdruck gesetzt wird. Je nach Dimensionierung des Druckbehälters kann mit einem Erhöhen des Druckes die Durchschlagsfestigkeit der ersten Fluidkomponente 1 sowie der zweiten Fluidkomponente 2 gemäß den Diagrammen der 1 erhöht werden. Unter betriebswirtschaftlichen und/oder physikalischen Aspekten ist es jedoch nicht sinnvoll, den Druck beliebig zu erhöhen. Entsprechend kann man einen Betriebsdruck p_OP festlegen. Für den Betriebsdruck p_OP ergibt sich somit eine Durchschlagsfestigkeit E_D1, welche der Durchschlagsfestigkeit der zweiten Fluidkomponente 2 bei einem Betriebsdruck p_OP entspricht. Weiterhin ergibt sich eine Durchschlagsfestigkeit E_D2, welche der Durchschlagsfestigkeit der ersten Fluidkomponente 1 bei einem Betriebsdruck p_OP entspricht. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass abweichend vom Betriebsdruck p_OP ein anderer Normierungsdruck gewählt wird. Entsprechend ändern sich die Durchschlagsfeldstärken E_D1 bzw. E_D2.
In der 2 ist der Verlauf der Durchschlagsfestigkeit E der elektrisch isolierenden Fluidisolation 3 auf der Ordinate und das Mischungsverhältnis der ersten Fluidkomponente 1 zur zweiten Fluidkomponente 2 der elektrisch isolierenden Fluidisolation auf der Abszisse dargestellt. Im Koordinatenursprung beträgt der Anteil der ersten Fluidkomponente 1 an der elektrisch isolierenden Fluidisolation ≈ 0 %, wohingegen der Anteil der zweiten Fluidkomponente ≈ 100 % beträgt. Im anderen Extremfalle beträgt der Anteil der ersten Fluidkomponente 1 ≈ 100 %, wohingegen der Anteil der zweiten Fluidkomponente 2 ≈ 0 % beträgt. Die Angabe der Mischungsverhältnisse entspricht dabei gerundeten Verhältnissen. Neben der ersten und zweiten Fluidkomponente 1, 2 können darüber hinaus auch noch weitere Komponenten in der Fluidisolation 3 vorliegen. Dabei ist die Mischung der Fluidisolation 3 derart gewählt, dass das elektrisch isolierende Verhalten der elektrisch isolierenden Fluidisolation 3 im Wesentlichen durch das Mischungsverhältnis der beiden Fluidkomponenten 1, 2 bestimmt ist. In Abhängigkeit des Mischungsverhältnisses der Fluidkomponenten 1, 2 kommt es zu einer sich einstellenden resultierenden Durchschlagsfestigkeit E der elektrisch isolierenden Fluidisolation 3. Wie aus der 1 bekannt, ist bei einem Anteil von 0 % der ersten Fluidkomponenten 1 die elektrische Durchschlagsfestigkeit E_D1 der elektrischen Durchschlagsfestigkeit E_D1 der zweiten Fluidkomponenten 2 entsprechend (siehe korrespondierende Lagen der Graphen der 1 und 2). Entsprechend ergibt sich bei einem Anteil der ersten Fluidkomponente 1 von 100 % und der zweiten Fluidkomponente 2 von 0 % eine Durchschlagsfestigkeit E_D2 wie aus der 1 bekannt. Grundlage dafür ist, dass die Graphen der 1 und 2 auf die gleichen Druckverhältnisse bezogen sind. Dabei ist der Druck p als konstant anzunehmen, wobei der Druck p bevorzugt den Betriebsdruck p_OP entspricht. Bei einem Wechsel in den Druckverhältnissen ist eine entsprechende Transkription der Durchschlagsfestigkeiten E_D1 bzw. E_D2 sowie weiteren dazwischenliegenden Werten der Durchschlagsfestigkeiten E vorzunehmen. Um eine ausreichende Sicherheit des Betriebes der elektrischen isolierenden Fluidisolation 3 zu erzielen, wird eine elektrische Bemessungsdurchschlagsfestigkeit E_OP festgelegt. Die elektrische Bemessungsdurchschlagsfestigkeit E_OP liegt dabei zwischen dem unteren Grenzwert der elektrischen Festigkeit E_D1 und dem oberen Grenzwert der elektrischen Festigkeit E_D2 im Verlauf der Durchschlagsfestigkeit der elektrisch isolierenden Fluidisolation 3. Aus der festgelegten Bemessungsdurchschlagsfestigkeit E_OP ergibt sich über dem Graphen des Verlaufes ein sich einstellendes Mischungsverhältnis OP_Mix zwischen erster und zweiter Fluidkomponente 1, 2. Dieses Mischungsverhältnis OP_Mix ist das Mischungsverhältnis der Fluidisolation 3, mit welchem eine Isolationsanordnung einer Vorrichtung bei vorgegebenem Druck, hier p_OP, betrieben wird.
Nunmehr wird die minimale Feldstärke E_D1 der elektrisch isolierenden Fluidisolation 3 ins Verhältnis zur elektrischen Durchschlagsfestigkeit E_OP gesetzt, so dass ein Faktor f gebildet ist, welcher sich wie folgt ergibt: f = E_D1/E_OP
Entsprechend der Beträge der elektrischen Durchschlagsfestigkeiten E_D1 und E_OP (E_D1 < E_OP) stellt sich ein Betrag für den Faktor f kleiner 1 ein. Somit ist ein Verhältnis f gegeben, welches eine Umrechnung von vorgesehenen Prüfgrößen der Fluidisolation (von Prüfgröße zu vervielfachter Prüfgröße) ermöglicht. Bei vorgegebener elektrischer Bemessungsdurchschlagsfestigkeit E_OP und konstantem Druck p_OP besteht nunmehr die Möglichkeit, statt der Verwendung des elektrischen isolierenden Fluidisolation 3 zum Nachweis der Isolationsfestigkeit die zweite Fluidkomponente 2 zu verwenden und eine Beaufschlagung der zweiten Fluidkomponente 2 zu Prüfzwecken insbesondere mit einer vervielfachten Prüfspannung vorzunehmen. Dabei wird die Prüfspannung, welche zum Prüfen der elektrisch isolierenden Fluidisolation 3 vorgesehen ist, mit dem Verhältnis f vervielfacht, so dass sich eine vervielfachte Prüfgröße bzw. vervielfachte Prüfspannung ergibt, welche an die zweite Fluidkomponente 2 anzulegen ist. Die zweite Fluidkomponente 2 bildet nunmehr die räumliche Ausgestaltung der elektrisch isolierenden Fluidisolation 3 nach. Bei einem Beaufschlagen der zweiten Fluidkomponente 2 mit der vervielfachten Prüfspannung kann aufgrund der Beibehaltung der Bemessungsdurchschlagsfestigkeit E_OP sowie des konstanten Druckes, z. B. p_OP, die elektrische Festigkeit der elektrisch isolierenden Fluidisolation 3 in der jeweiligen geometrischen Ausgestaltung unter Verzicht auf die erste Fluidkomponente 1 nachgewiesen werden. Das Mischungsverhältnis OP_Mix der beiden Fluidkomponenten 1, 2 ist derart gewählt, dass die Fluidisolation bei Überdruck p = p_OP die Bemessungsdurchschlagsfeldstärke E_OP aufweist.
Bei einem Verwenden einer umweltneutralen zweiten Fluidkomponenten 2 kann diese nach erfolgter Prüfung aus dem Gehäuse bzw. der zu prüfenden Vorrichtung abgelassen werden und nach einer gegebenenfalls einfachen Reinigung in die Umwelt entlassen werden.
Die 3 zeigt eine Fluidisolation 3, welche zu prüfen ist. Ein Gehäuse 4 ist als Druckbehälter ausgebildet. Der Druckbehälter ist mit der elektrisch isolierenden Fluidisolation 3 befüllt. Die elektrisch isolierende Fluidisolation 3 ist unter Überdruck mit p = p_OP gesetzt. Die elektrisch isolierende Fluidisolation 3 weist eine erste Fluidkomponente 1 sowie eine zweite Fluidkomponente 2 auf. Die zweite Fluidkomponente 2 geringerer elektrischer Durchschlagsfestigkeit ist beispielsweise ein umweltfreundliches Trägergas, beispielsweise auf Stickstoffbasis wie z. B. Luft. Die erste Fluidkomponente 1 kann hingegen eine höhere elektrische Durchschlagsfestigkeit aufweisen, so dass im Gemisch der beiden Fluidkomponenten 1, 2 eine Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit gegenüber der zweiten Fluidkomponente 2 gegeben ist (vgl. 2). Das Mischungsverhältnis OP_Mix der beiden Fluidkomponenten 1, 2 ist derart gewählt, dass die Fluidisolation 3 bei dem Druck p = p_OP die Bemessungsdurchschlagsfestigkeit E_OP aufweist.
Innerhalb des Gehäuses 4 ist von der elektrisch isolierenden Fluidisolation 3 umspült ein Phasenleiter 5 angeordnet. Der Phasenleiter 5 weist eine Schalteinrichtung auf, welche ein Öffnen bzw. Schließen des Phasenleiters 5 ermöglicht. Der Phasenleiter 5 ist über elektrisch isolierenden Freiluftdurchführungen 6 durch eine Wandung des Gehäuses 4 nach außen verlegt. Über die Freiluftdurchführungen 6 ist es möglich, eine elektrische Beaufschlagung des Phasenleiters 5 vorzunehmen. Insbesondere bei geöffneten Kontakten muss die Trennstrecke an der Schalteinrichtung sicher der Betriebsspannung U_OP widerstehen, so dass Teilentladungen oder Durchschläge verhindert sind. Des Weiteren ist eine sichere elektrische Isolation des Phasenleiters 5 gegenüber dem Gehäuse 4 oder anderen innerhalb des Gehäuses 4 angeordneten Einbauten, die ein abweichendes elektrisches Potential aufweisen, einzuhalten.
Im Innern des Gehäuses ist die elektrisch isolierende Fluidisolation 3 unter Druck gesetzt, wobei der Druck p dem Betriebsdruck p_OP entspricht.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Nachweisverfahrens wird das Innere des Gehäuses 4 ausschließlich mit der zweiten Fluidkomponente 2 befüllt (4), wobei die zweite Fluidkomponente 2 den gleichen Druck p, insbesondere den gleichen Betriebsdruck p_OP aufweist, wie aus der 3 bekannt.
Zum Nachweis der Isolationsfestigkeit der Fluidisolation 3 wird das Gehäuse 4 ausschließlich mit der zweiten Fluidkomponente 2 bei Betriebsdruck p_OP befüllt (4). Nunmehr besteht die Möglichkeit, zur Prüfung der Trennstrecke der Schalteinrichtung im Phasenleiter 5 eine Beaufschlagung des Phasenleiters über die Freiluftdurchführungen 6 mit einer Prüfgröße, z. B. einer Prüfspannung, um den Faktor f vervielfacht vorzunehmen. Dies ist in der 4 mit dem Zeichen
symbolisiert. Entsprechend kann durch eine derartige Beaufschlagung die Einhaltung der Isolationsfestigkeit der Trennstrecke sowie des Phasenleiters 5 gegenüber beispielsweise dem Gehäuse 4 oder anderen innerhalb des Gehäuses 4 angeordneten Baugruppen, die ein abweichendes elektrisches Potential aufweisen, nachgewiesen werden. Dabei erfolgt zur Durchführung des Nachweisverfahrens die ausschließliche Verwendung der zweiten Fluidkomponente 2 innerhalb des Gehäuses 4. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Prüfgröße, insbesondere Prüfspannung, ausgehend von einer Freiluftdurchführung 6 oder beiden Freiluftdurchführungen 6 gegenüber dem Gehäuse 4 angelegt wird. Dazu kann das Gehäuse 4 beispielsweise elektrisch leitend ausgebildet werden, so dass gezielt ein Testen des Phasenleiters 5 gegenüber dem Gehäuse 4 möglich ist. Dies ist in der alternativen Variante
dargestellt.
Zur Beaufschlagung, egal in welcher Konstellation, der zu prüfenden elektrisch isolierenden Fluidisolation 3 ist in der 5 eine Vorrichtung zur Durchführung des Nachweisverfahrens dargestellt. Die Vorrichtung zur Durchführung des Nachweisverfahrens weist einen Generator 7 auf, mittels welchem eine Wechselspannung oder alternativ eine Gleichspannung oder eine anderweitig geeignete Spannungsform (z. B. stoßförmige Spannungsbeanspruchungen) generiert werden kann. Weiterhin weist die Vorrichtung einen Prüfgrößenregler 8 auf. Der Prüfgrößenregler 8 ist eingerichtet, um vorwiegend die Prüfspannung des Generators 7 zwischen Werten von 0 bis zu einer maximalen Prüfspannung zu variieren. Über Anschlusspunkte
kann die Vorrichtung mit einem Prüfling, der die zu prüfende elektrisch isolierenden Fluidisolation 3 aufweist, elektrisch leitend verbunden werden (vgl. 3 und 4). Der Generator 7 respektive der Prüfgrößenregler 8 sind dabei in der Lage, zumindest die Betriebsspannung U_OP bzw. Betriebsprüfgröße U = f·U_Test abzugeben. Darüber hinaus kann auch ein Vielfaches der Betriebsprüfgröße bzw. Betriebsspannung U_OP durch den Prüfgrößenregler 8 bzw. den Generator 7 zur Verfügung gestellt werden.

Claims

Nachweisverfahren für eine elektrische Festigkeit (E) einer elektrisch isolierenden Fluidisolation (3), welche eine erste Fluidkomponente (1) höherer elektrischer Durchschlagsfestigkeit (E_D2) und eine zweite Fluidkomponente (2) geringerer elektrischer Durchschlagsfestigkeit (E_D1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Bemessungsdurchschlagsfestigkeit (E_op) festgelegt wird, dass die elektrische Durchschlagsfestigkeit (E_D1) der zweiten Fluidkomponente (2) ins Verhältnis zur elektrische Bemessungsdurchschlagsfestigkeit (E_OP) gesetzt wird, dass das ermittelte Verhältnis (f) mit einer vorgesehenen Prüfgröße, insbesondere einer Prüfspannung der elektrisch isolierenden Fluidisolation (3) vervielfacht wird und dass die zweite Fluidkomponente (2), zu Prüfzwecken, mit der vervielfachten Prüfgröße, insbesondere einer vervielfachten Prüfspannung beaufschlagt wird.
Nachweisverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fluidkomponente (2) ein Volumen zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode füllt und die Prüfgröße, insbesondere die vervielfachte Prüfspannung zwischen den Elektroden angelegt wird.
Nachweisverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchschlagsfestigkeiten (E) auf einen im Wesentlichen gleichen Druck (p) bezogen bzw. auf im Wesentlichen gleiche Druckverhältnisse normiert sind.
Nachweisverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p) dem Betriebsdruck (p_OP) der Fluidisolation (3) entspricht.
Nachweisverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Variation des Mischungsverhältnisses von erster und zweiter Fluidkomponente (1, 2) in der Fluidisolation (3) das Mischungsverhältnis bei Erreichen der elektrischen Bemessungsdurchschlagsfestigkeit (E_OP) der Fluidisolation (3) als Betriebsmischungsverhältnis (OP_Mix) festgelegt wird.
Nachweisverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Nachweisverfahrens die Isolationsfestigkeit der Fluidisolation (3) nachgewiesen wird.
Nachweisverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Nachweisverfahrens die elektrische Teilentladungsfestigkeit der Fluidisolation (3) nachgewiesen wird.
Vorrichtung (7, 8), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (7, 8) dazu eingerichtet ist, ein Nachweisverfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Isolationsanordnung (4, 5, 6), dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsanordnung (4, 5, 6) nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 geprüft ist.